Τετάρτη, Ιουλίου 06, 2022

Μικροδιδασκαλία - Unplugged δραστηριότητα - Δημιουργία έργου στο micro:bit MakeCode

Στοιχεία του Εκπαιδευτικού Σεναρίου

Διδακτικό αντικείμενο

Τίτλος: Μικροδιδασκαλία της δομής επανάληψης, αρχικά μέσω unplugged δραστηριότητας και στη συνέχεια με τη χρήση του διαδικτυακού προσομοιωτή micro:bit MakeCode.

Τάξη: Ε’ Δημοτικού

Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές: Πληροφορική Ε’ Δημοτικού. Θεματικό πεδίο 1. Αλγοριθμική και προγραμματισμός υπολογιστικών συστημάτων. Θεματικές ενότητες: 1.2 Προγραμματισμός και προγραμματιστικά περιβάλλοντα, 1.3 Επίλυση προβλημάτων με προγραμματιστικά εργαλεία (ρομποτική και αυτοματισμοί).

Διάρκεια: 30 λεπτά

Γνωστικά προαπαιτούμενα: Η μαθήτρια θα πρέπει να έχει γνώση της έννοιας των αρνητικών αριθμών, και της έννοιας του πίνακα.

Βαθμός εξοικείωσης με τα εκπαιδευτικά υπολογιστικά εργαλεία: Η μαθήτρια είναι εξοικειωμένη με το περιβάλλον απομακρυσμένης διδασκαλίας Webex, γνωρίζει την περιήγηση και έχει πρόσβαση στο διαδίκτυο.

Περιγραφή: Το σενάριο πραγματοποιείται μέσω απομακρυσμένης διδασκαλίας με τη χρήση του εργαλείου τηλεδιασκέψεων Webex. Η μαθήτρια βρίσκεται στο γραφείο του δωματίου της. Για την unplugged δραστηριότητα έχει ήδη προμηθευτεί το απαραίτητο υλικό από τον εκπαιδευτικό. Στο χώρο της μαθήτριας παραβρίσκεται και ο γονέας που παρακολουθεί και μπορεί να παρέμβει όταν ζητηθεί, προς αντικατάσταση της φυσικής παρουσίας του εκπαιδευτικού κατά τη διάρκεια της unplugged δραστηριότητας στο παίξιμο του επιτραπέζιου παιχνιδιού ρόλων.

Μέρος Α. Σχεδιασμός μικροδιδασκαλίας

1. Στόχος της μικροδιδασκαλίας

Η παρακάτω μικροδιδασκαλία σκοπό έχει να εισάγει μια μαθήτρια της Ε’ Δημοτικού στον προσομοιωτή micro:bit και παράλληλα, να κατανοήσει την έννοια της δομής επανάληψης στον προγραμματισμό.

Η μαθήτρια μετά την ολοκλήρωση της μικροδιδασκαλίας θα είναι σε θέση:

Επίπεδο ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ κατά Bloom: να εντοπίζει στον κώδικα μια δομή επανάληψης.
Επίπεδο ΓΝΩΣΗ κατά Bloom: να επαναλαμβάνει την εκτέλεση ενός προγράμματος με διαφορετικές παραμέτρους προκειμένου να οδηγηθεί σε διαφορετικό αποτέλεσμα

2. Φάσεις της μικροδιδασκαλίας

2.1. Γνωστικές δυσκολίες - παρανοήσεις

Οι μαθητές της Ε’ Δημοτικού αντιμετωπίζουν αρκετές δυσκολίες σε σχέση με τον προγραμματισμό και τις έννοιές του σε αυτή την ηλικία. Οι πιο συνήθεις παρανοήσεις των μαθητών είναι:

Η έλλειψη πρότερων λογικομαθηματικών γνώσεων όπως π.χ. οι αρνητικοί αριθμοί, η διδασκαλία των οποίων εντάσσεται στο σχολικό πρόγραμμα Ε’ Δημοτικού μετά το μέσο της σχολικής χρονιάς ή η έννοια της απόλυτης τιμής
Η ακολουθιακή εκτέλεση ενός προγράμματος
Η έννοια και η χρήση της μεταβλητής (τύπος, αρχικοποίηση, αλλαγή περιεχομένου, χρήση τους σε μια δομή ελέγχου ή σε μια δομή επανάληψης)
Η έννοια και η χρήση των δομών ελέγχου (τα είδη, πως χρησιμοποιούνται και γιατί)
Η έννοια και η χρήση των δομών επανάληψης (είδη, τμήματα, καθορισμός βημάτων, σώμα, συνθήκη τερματισμού)

Βασική δυσκολία στη συγκεκριμένη μικροδιδασκαλία αποτελεί η μη εξοικείωση της μαθήτριας με το περιβάλλον του προσομοιωτή.

2.2. Πλαίσιο εισαγωγής του παιδιού στον προσομοιωτή – σύνδεση Unplugged δραστηριότητας

Για την εισαγωγή του προσομοιωτή στη μικροδιδασκαλία θα πρέπει να επινοηθούν κατάλληλες παρεμβάσεις καθώς κρίνεται σκόπιμο να υποστηριχθεί παιδαγωγικά η επαφή του παιδιού με το περιβάλλον του προσομοιωτή. Ένας τρόπος για να γίνει ομαλά η εισαγωγή είναι μέσω μιας Unplugged δραστηριότητας, ενός επιτραπέζιου παιχνιδιού ρόλων. Η μαθήτρια καλείται να συμμετέχει σε ένα επιτραπέζιο παιχνίδι με δύο παίχτες όπου η μαθήτρια θα έχει το ρόλο του πιλότου και ο εκπαιδευτικός, βοηθούμενος από το γονέα που θα βρίσκεται στον ίδιο χώρο με τη μαθήτρια, το ρόλο του υπολογιστή του αυτόματου πιλότου. Ο πιλότος θα επιλέγει προορισμούς, ο υπολογιστής θα υπολογίζει και θα κοινοποιεί στον πιλότο τα βήματα της πορείας, ο πιλότος θα εκτελεί τα βήματα και ο υπολογιστής θα επιβεβαιώνει τη σωστή εκτέλεσή τους. Μετά το επιτραπέζιο παιχνίδι ρόλων, μπορεί να εισαχθεί ο πραγματικός διαδικτυακός προσομοιωτής micro:bit (Φεσάκης & Τασούλα, 2006).

Στη συνέχεια, η μαθήτρια θα εισαχθεί στο περιβάλλον του micro:bit MakeCode όπου θα κληθεί να αλληλοεπιδράσει και να επεξεργαστεί μια αναπαράσταση του ίδιου παιχνιδιού με κώδικα (Εικόνα 1).

Εικόνα 1: Το πρόγραμμα προσομοίωσης του επιτραπέζιου παιχνιδιού ρόλων στο περιβάλλον mico:bit MakeCode

2.3. Διδακτικές τεχνικές

Αρχικά ο εκπαιδευτικός χρησιμοποιεί την τεχνική της επίδειξης όπου μέσω μιας εισαγωγικής παρουσίασης κατάλληλα σχεδιασμένης για το διδακτικό σενάριο, παρουσιάζει στη μαθήτρια το περιεχόμενο και τις έννοιες που περιλαμβάνονται στο αντικείμενο της διδασκαλίας. Με αυτόν τον τρόπο η μαθήτρια έρχεται σε επαφή με το γνωστικό αντικείμενο άμεσα και στοχευμένα.

Εισαγωγική παρουσίαση: Η επανάληψη στον προγραμματισμό.pptx

Στη συνέχεια, μέσω της Unplugged δραστηριότητας προσεγγίζεται η μικροδιδασκαλία μέσω της κοινωνικο-πολιτισμικής διδακτικής στρατηγικής με την εισαγωγή μιας συνεργατικής δραστηριότητας (επιτραπέζιο παιχνίδι ρόλων) προσαρμοσμένης στη βιογραφία της μαθήτριας1, έτσι ώστε να κρατήσει αμείωτο το ενδιαφέρον της στη διαδικασία της μάθησης. Παράλληλα, εισάγονται παρασκηνιακά οι προς μάθηση έννοιες με ευχάριστο και διασκεδαστικό τρόπο, εξάπτοντας τη φαντασία και τη δημιουργικότητα της μαθήτριας μέσα από το παιχνίδι, και κεντρίζοντάς της την περιέργεια να θέλει να κάνει περισσότερα. Σημειώνεται ότι η ίδια δραστηριότητα μπορεί να εκτελεστεί και στο περιβάλλον της τάξης με περισσότερους μαθητές, σε ομάδες των δύο ατόμων.

Unplugged δραστηριότητα: Map.pdf

Κατόπιν, ο εκπαιδευτικός εισάγοντας τη μέθοδο πειραματισμού και διερεύνησης καλεί τη μαθήτρια να ανακαλύψει τις δυνατότητες του προγραμματισμού, εκτελώντας ένα έτοιμο πρόγραμμα στον προσομοιωτή micro:bit MakeCode. Εκεί, με τη μέθοδο της ανακάλυψης, ο εκπαιδευτικός προτρέπει τη μαθήτρια να περιεργαστεί τον κώδικα δίνοντάς της την ευκαιρία α. να ανακαλύψει αρχές και έννοιες για τις οποίες άκουσε στην εισήγηση και β. να κατανοήσει προγραμματιστικές δομές, και για τις οποίες ενδέχεται να έχει παρανοήσεις ή δυσκολίες. Τέλος, εφαρμόζεται η μέθοδος πρακτικής και εξάσκησης, όπου η μαθήτρια ανακαλύπτει πως μπορεί να μετατρέψει τμήματα του έτοιμου κώδικα για να παράγει διαφορετικό αποτέλεσμα κατά την εκτέλεσή του, υλοποιώντας έτσι το αντικείμενο της Unplugged δραστηριότητας.

Έργο στον προσομοιωτή micro:bit MakeCode: https://makecode.microbit.org/_2sdLisEYx4ye

Ακολουθούν τα βήματα που ακολουθήθηκαν στη μικροδιδασκαλία.

1. Εισαγωγή (5′) Εμπλουτισμένη εισήγηση Powerpoint

Γίνεται σύνδεση με τις πρότερες γνώσεις της μαθήτριας, παρουσίαση του θέματος και των εννοιών που θα συναντήσει στο μάθημα.

2. Υλοποίηση – Μέρος Α′ (7′-10′) Συνεργατική δραστηριότητα: παιχνίδι ρόλων

Εισάγεται η μαθήτρια στο micro:bit MakeCode μέσω ενός επιτραπέζιου παιχνιδιού ρόλων. Το παιχνίδι έχει σχεδιαστεί και υλοποιηθεί από τον εκπαιδευτικό και παίζεται με τη βοήθεια του γονέα στη θέση του εκπαιδευτικού στο χώρο του δωματίου του παιδιού όπου διεξάγεται η μικροδιδασκαλία. Η μαθήτρια έχει το ρόλο του πιλότου ενός αεροπλάνου, ενώ ο εκπαιδευτικός το ρόλο του υπολογιστή του αυτόματου πιλότου. Ο πιλότος επιλέγει αφετηρία και προορισμό από ένα σύνολο πόλεων, ο υπολογιστής υπολογίζει την πορεία του αεροπλάνου και κοινοποιεί τα βήματα στον πιλότο, ο πιλότος εφαρμόζει τα βήματα της πορείας επάνω στο ταμπλό του παιχνιδιού μετακινώντας το πιόνι, ο υπολογιστής ελέγχει εάν τα βήματα εφαρμόστηκαν όπως υπολόγισε και επιβραβεύει τον πιλότο ή του ζητάει να επαναλάβει τα βήματα.

3. Υλοποίηση – Μέρος Β′ (7′-10′) Επίδειξη – Προσέγγιση «Μαύρο κουτί» – Ανακάλυψη Εκπαιδευτικό λογισμικό

Παρουσίαση στη μαθήτρια του προγράμματος που έχουμε ετοιμάσει στον εξομοιωτή micro:bit MakeCode. Παρουσιάζουμε τη δομή της διεπαφής χρήστη, και δείχνουμε στη μαθήτρια τα τμήματα κώδικα, τη δομή τους και πως χρησιμοποιούνται για να παράξουν το αναμενόμενο αποτέλεσμα.

4. Αξιολόγηση (4′) Ερωτήσεις – πρακτική & εξάσκηση – Εκπαιδευτικό λογισμικό

Ο εκπαιδευτικός ρωτάει τη μαθήτρια πως θα τροποποιηθεί το πρόγραμμα κάθε φορά, για να προσομοιώνει τον κάθε γύρο του παιχνιδιού ρόλων.

5. Κλείσιμο (2′) Εισήγηση

Ο εκπαιδευτικός κλείνοντας κάνει μια ανακεφαλαίωση του μαθήματος παρουσιάζοντας τα βασικά σημεία του.

6. Ανατροφοδότηση (2′) Ερωτήσεις

Η μαθήτρια συμπληρώνει ερωτηματολόγιο με ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής για το μάθημα

3. Φωτογραφίες με το σκηνικό της εκπαίδευσης

Η μικροδιδασκαλία διενεργείται απομακρυσμένα. Ο εκπαιδευτικός έχει έμμεση βλεμματική επαφή με τη μαθήτρια μέσω κάμερας, με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού απομακρυσμένης επικοινωνίας (Webex). Η μαθήτρια είναι στο γραφείο του δωματίου της μαζί με τη μητέρα της. Υπάρχει ένας φορητός υπολογιστής και αρκετή επιφάνεια στο γραφείο για την διενέργεια της Unplugged δραστηριότητας.

Κατά μήκος της επιφάνειας του γραφείου και μπροστά από τον υπολογιστή της μαθήτριας θα τοποθετηθεί το υλικό που αποτελεί το επιτραπέζιο παιχνίδι ρόλων της Unplugged δραστηριότητας. Στη μαθήτρια έχει δοθεί το επιτραπέζιο παιχνίδι καθώς και λεπτομερείς, γραπτές οδηγίες για τη διεξαγωγή του, μια ημέρα πριν την προγραμματισμένη ημερομηνία διεξαγωγής της μικροδιδασκαλίας.

Εικόνα 2: Στιγμιότυπο από την εκκίνηση της απομακρυσμένης συνεδρίας στο χώρο της μαθήτριας

Εικόνα 3. Στιγμιότυπο από την Unplugged δραστηριότητα: Επιτραπέζιο παιχνίδι ρόλων «Μαμά πετάμε!»

Εικόνα 4: Στιγμιότυπο από την παρουσίαση του έτοιμου προγράμματος στον προσομοιωτή micro:bit MakeCode

Μέρος Β. Έκθεση αυτο-αξιολόγησης

4. Καταγραφή προβλημάτων

4.1. Σχεδιασμός και προετοιμασία

Ο σχεδιασμός της μικροδιδασκαλίας ήταν μια αρκετά απαιτητική διαδικασία. Ένα αρχικό πρόβλημα ήταν ότι έπρεπε να προσαρμοστεί για εξ αποστάσεως διενέργεια, χωρίς τη φυσική παρουσία του εκπαιδευτικού. Σε αυτό συνέβαλλε η τεχνολογία Webex, όμως αντιμετωπίσαμε δυσκολίες μέχρι να καταφέρουμε να συνδεθούμε στην αίθουσα λόγω μη εξοικείωσης της μαθήτριας με το συγκεκριμένο λογισμικό.

Ένα άλλο πρόβλημα ήταν ο περιορισμός για τη χρήση του εξομοιωτή micro:bit που, για πρώτη επαφή με το μαθητή, χρειάστηκε να βρεθεί κατάλληλο παράδειγμα κώδικα το οποίο να μην είναι πολύ περίπλοκο αλλά ταυτόχρονα να μπορεί να γεφυρωθεί και με την Unplugged δραστηριότητα. Για το λόγο αυτό, πρώτα έλαβα υπόψη μου το πλαίσιο του περιβάλλοντος του προσομοιωτή, έτσι ώστε να καθορίσω το είδος και το χαρακτήρα της Unplugged δραστηριότητας.

4.2. Οργάνωση της μικροδιδασκαλίας

Κατά τη διάρκεια της οργάνωσης της μικροδιδασκαλίας και συγκεκριμένα κατά τη συγγραφή της εισαγωγικής παρουσίασης, αντιμετώπισα πρόβλημα στο να καταφέρω να συμπτύξω σε λίγες μόνο διαφάνειες το σκοπό και τις αρκετές και νέες έννοιες του μαθήματος.

Επίσης, πολλές ήταν οι φορές που έκανα λάθος, αναγράφοντας με εσφαλμένη σειρά πληροφορίες σχετικά με τους άξονες του επιπέδου, έχοντας στο μυαλό μου τους άξονες που γνωρίζω από τα μαθηματικά, ενώ ήθελα να αποδώσω την αρχιτεκτονική ενός πίνακα 5x5 που έχει την αφετηρία του (αρχή αξόνων) στο πρώτο αριστερά στοιχείο της πρώτης γραμμής.

Χρειάστηκαν αρκετές αναθεωρήσεις του κειμένου της παρουσίασης για να υπάρχει μια συνοχή με φράσεις και ιδιότητες που χρησιμοποιήθηκαν στην Unplugged δραστηριότητα και μετέπειτα στο πρόγραμμα στο περιβάλλον του εξομοιωτή, (ονόματα μεταβλητών, ονόματα δομών επανάληψης κλπ).

Στο κομμάτι του καθορισμού της Unplugged δραστηριότητας, έπρεπε εφόσον η φυσική παρουσία δεν ήταν εφικτή, να βρω μια δραστηριότητα που να υλοποιηθεί σε μικρό χώρο από ένα ή δύο άτομα, οπότε το βιωματικό παιχνίδι ρόλων αποκλείστηκε ως λύση.

4.3. Παιδαγωγικό κλίμα

Στο δωμάτιο επικρατεί ηρεμία και απουσία εξωτερικών ερεθισμάτων. Καθ’ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας δεν υπήρξε κανένας παράγοντας που να δυσχεράνει την επικοινωνία μεταξύ εκπαιδευτικού και μαθήτριας αλλά και την απόκλιση της προσοχής της. Το κλίμα ήταν θερμό, θετικό, ήρεμο και συνεργατικό. Η μαθήτρια φάνηκε να απολαμβάνει την όλη διαδικασία, ήταν πρόθυμη και συμμετείχε αβίαστα σε όλες τις φάσεις της διδασκαλίας.

4.4. Ανταπόκριση μαθητή

Στην Unplugged δραστηριότητα η μαθήτρια έδειξε μεγάλη προθυμία και διασκέδασε παίζοντας. Αν και ο εκπαιδευτικός δεν γνωριζόταν με τη μαθήτρια, εντούτοις το κλίμα ήταν πολύ φιλικό και δεν υπήρχε κανένα ίχνος αμηχανίας ή προβληματισμού κατά τη διαδικασία.

Στο περιβάλλον micro:bit Make Code η μαθήτρια φάνηκε να της αρέσει, παρόλο που το περιβάλλον ήταν αρκετά περίπλοκο σαν δομή. Όταν έγινε η παρουσίαση του κώδικα στον εξομοιωτή, η μαθήτρια δεν μπορούσε να δει στο πλάτος του παραθύρου της όλη τη δομή του προγράμματος και έπρεπε να χρησιμοποιήσει την οριζόντια ολίσθηση. Περιεργάστηκε την πλακέτα, βρήκε λίγο δύσκολα τον κατάλογο εντολών αλλά τον εξέτασε με ενδιαφέρον, και φάνηκε να θέλει να ασχοληθεί περισσότερο με αυτό. Ενθουσιάστηκε από τη λειτουργία του προγράμματος, βλέποντας τις διαδρομές που είχε αρχικά κάνει στο επιτραπέζιο παιχνίδι να εμφανίζονται σαν αναμμένα LED στην οθόνη του προσομοιωτή.

4.5. Επίτευξη των στόχων

Για την επίτευξη των στόχων με προβλημάτισε ιδιαίτερα η πολυπλοκότητα του αντικειμένου μέσω του οποίου αποφάσισα να προσεγγίσω το θέμα. Δεδομένου του περιορισμένου χρόνου αλλά και της δομής του micro:bit, έπρεπε να κάνω κάτι το οποίο θα είχε ένα καθαρά οπτικό αποτέλεσμα με τη χρήση των LED, χωρίς να χρειάζεται πρότερη γνώση προγραμματισμού και συνάμα εστιασμένο στη διδασκαλία μίας δομής επανάληψης.

4.6. Διάρκεια μικροδιδασκαλίας

Αν και έγινε προσπάθεια να τηρηθεί το πρόγραμμα των 25-30 λεπτών, ωστόσο η διάρκεια παρατάθηκε τουλάχιστον κατά 10 λεπτά, καθόσον κατά την παρουσίαση είχαμε διακοπές για αποσαφηνίσεις εννοιών και κατά την διαδικασία προσομοίωσης, η μαθήτρια ήθελε να κάνει περισσότερα παραδείγματα με την πλακέτα.

5. Εκτίμηση για τον βαθμό ανταπόκρισης στις απαιτήσεις της διδασκαλίας

Θεωρώ ότι έχω ανταποκριθεί αρκετά ικανοποιητικά στις απαιτήσεις της συγκεκριμένης διδασκαλίας καθώς έχουν επιτευχθεί σε μεγάλο ποσοστό οι στόχοι που τέθηκαν. Τα προβλήματα που αντιμετώπισα ήταν αναμενόμενα σε μεγάλο βαθμό λόγω και της δικής μου μικρής εμπειρίας στο περιβάλλον micro:bit αλλά και στο σχεδιασμό διδακτικών παρεμβάσεων όπως μια μικροδιδασκαλία. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψιν την ανατροφοδότηση που έλαβα από τη μαθήτρια, διαπιστώνω ότι δεν έχω καλύψει πλήρως την απαίτηση για την πλήρη κατανόηση της δομής επανάληψης από τη μαθήτρια. Συγκεκριμένα, σε 3 ερωτήσεις η μαθήτρια:

Δεν έχει πλήρως κατανοήσει τι συνιστά μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία στην πραγματική ζωή
Δυσκολεύεται να διακρίνει πόσες δομές επανάληψης υπάρχουν σε ένα πρόγραμμα. Αν και αρχικά δήλωσε ότι βρήκε εύκολα στον κώδικα του προγράμματος τα σημεία με τη δομή επανάληψης (Στόχος 1), ωστόσο, σε επόμενη ερώτηση σχετικά με την υπόδειξη του αριθμού των δομών επανάληψης που υπήρχαν στον κώδικα, απάντησε ότι βρήκε μία περισσότερη
Δυσκολεύεται να διακρίνει επαρκώς από ποια μέρη αποτελείται η δομή επανάληψης «Επανάληψη ... φορές - do» (διέκρινε μόνο το τμήμα του μετρητή επαναλήψεων και όχι το σώμα της επανάληψης)

Κατά τα λοιπά, η μαθήτρια δήλωσε ότι:

βρήκε την Unplugged δραστηριότητα εξαιρετική
αν και δεν έχει ξαναδεί το περιβάλλον mico:bit MakeCode αυτό της φάνηκε εύκολο και δεν δυσκολεύτηκε να το καταλάβει
βρήκε εύκολα στον κώδικα του προγράμματος τα σημεία που έπρεπε να αλλάξει (Στόχος 2)
βρήκε εύκολα στον κώδικα του προγράμματος τα σημεία με την δομή επανάληψης (Στόχος 1)
έχει καταλάβει και μπορεί να περιγράψει πως λειτουργεί η δομή επανάληψης «Επανάληψη ... φορές - do»
Θεωρεί ότι ο εκπαιδευτικός ήταν πολύ κατανοητός, μιλούσε δυνατά και καθαρά και τη βοήθησε πολύ να μάθει πράγματα που δεν ήξερε
Αν έπρεπε να βάλει βαθμό από το 1 μέχρι το 10 στον εκπαιδευτικό, θα έβαζε 10

Σύνδεσμος ερωτηματολογίου ανατροφοδότησης από τη μαθήτρια:
https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdZG80X2dshtWQkH45PJK93f08T0XcQgY6U8tpqsMxps8eJgQ/viewform?usp=sf_link

6. Βελτιώσεις

Με δεδομένες τις παρατηρήσεις που έκανα παραπάνω και λαμβάνοντας υπόψη την ανατροφοδότηση που έλαβα από τη μαθήτρια, θεωρώ ότι θα μπορούσα να βελτιώσω τη διδασκαλία μου αφιερώνοντας λιγότερο χρόνο στην παρουσίαση του αντικειμένου και περισσότερο στην πρακτική και διερεύνηση. Πιστεύω ότι θα έπρεπε να δούμε τον κώδικα περισσότερο διεξοδικά, να δοθεί χρόνος στη μαθήτρια για να μπορέσει να καταλάβει πως είναι αυτός δομημένος οπτικά, εξετάζοντας το περιβάλλον με περισσότερη άνεση και κάνοντας ερωτήσεις.

Συμπερασματικά, τα δύο σημαντικότερα στοιχεία που θα άλλαζα στη μικροδιδασκαλία είναι:

Η εισαγωγική παρουσίαση να είναι πιο γενική και να εστιάζει σε λιγότερες έννοιες
Ο κώδικας του προγράμματος να είναι πιο μικρός και εύληπτος

7. Παρατηρήσεις

Για την απρόσκοπτη εκτέλεση της μικροδιδασκαλίας πρέπει να ληφθούν υπόψη οι κάτωθι παρατηρήσεις:

Ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να έχει τη συγκατάθεση του γονέα για την διενέργεια της μικροδιδασκαλίας
Ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να έχει προετοιμάσει μια εισαγωγική παρουσίαση στην οποία θα αναφέρεται το θέμα και θα παρουσιάζονται συνοπτικά οι έννοιες-κλειδιά του μαθήματος
Ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να προετοιμάσει και να διαθέσει στο μαθητή το υλικό που προορίζεται για το επιτραπέζιο παιχνίδι ρόλων που αποτελεί την Unplugged δραστηριότητα εισαγωγής στον προσομοιωτή.
Ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να έχει προετοιμάσει το αντίστοιχο έργο στο περιβάλλον εξομοιωτή micro:bit MakeCode
Ο χώρος διεξαγωγής της μικροδιδασκαλίας θα πρέπει να διαθέτει γραφείο ή τραπέζι με υπολογιστή με σύνδεση στο διαδίκτυο και αρκετό χώρο για να διενεργηθεί η Unplugged δραστηριότητα
Στο χώρο διεξαγωγής είναι απαραίτητη η παρουσία του γονέα ο οποίος θα παρεμβαίνει όταν ζητηθεί από τον εκπαιδευτικό ως αντικαταστάτης του με φυσική παρουσία στο χώρο, για τη διενέργεια της unplugged δραστηριότητας

8. Βιβλιογραφία

Αβραμίδου, Μ. (2016). Εκπαιδευτική ρομποτική και ανάπτυξη υπολογιστικής σκέψης: ο ρόλος του φύλου στη σύνθεση των ομάδων. Θεσσαλονίκη: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ - ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Ανάκτηση 1 22, 2022, από http://ikee.lib.auth.gr/record/282717/files/GRI-2016-16403.pdf
Φεσάκης, Γ., & Τασούλα, Ε. (2006, Ιούλιος-Δεκέμβριος). Σχεδιασμός χειριζόμενης μέσω ΗΥ εκπαιδευτικής ρομποτικής διάταξης για την οικοδόμηση μαθηματικών εννοιών και ανάπτυξη δεξιοτήτων αντίληψης χώρου από νήπια. Αστρολάβος, σσ. 33-54.

Πέμπτη, Μαρτίου 31, 2022

Ζητήματα σχεδίασης και ανάπτυξης εκπαιδευτικού λογισμικού, εκπαιδευτικές πλατφόρμες και εργαλεία Physical Computing

Στοιχεία του εκπαιδευτικού σεναρίου

Διδακτικό αντικείμενο

Τίτλος: Εισαγωγή στο Physical Computing. Σχέδιο μαθήματος ασύγχρονης διδασκαλίας στην πλατφόρμα Moodle για την υλοποίηση του Project: "Σχεδιάζω και προγραμματίζω ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου μιας ισόπεδης σιδηροδρομικής διάβασης με κινητά φράγματα" με χρήση του περιβάλλοντος σχεδίασης Tinkercad και του μικροελεγκτή Arduino.

Λέξεις-κλειδιά: Physical Computing, Tinkercad, Arduino, Moodle, STEM Education, Οπτικός προγραμματισμός, Ασύγχρονη διδασκαλία

Τάξη: Α’ Γυμνασίου

Άτομα: 20 μαθητές/μαθήτριες

Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές: Πληροφορική Α’ Γυμνασίου. Άξονας Προσδοκώμενων Μαθησιακών Αποτελεσμάτων: Διερευνώ, ανακαλύπτω και λύνω προβλήματα. Προγραμματίζω υπολογιστικές συσκευές και ρομποτικά συστήματα

Εκπαιδευτικό υλικό

· Γ τάξη Κεφ.1 Σ. 176-185, Κεφ. 2 §2.4, §2.5 του βιβλίου μαθητή

· Πλατφόρμα Ψηφιακού Σχολείου Συστήματα Εκπαιδευτικής Ρομποτικής (Arduino με Scratch, Raspberry Pi με Scratch, κ.α.)

Διάρκεια: 6 διδακτικές ώρες (4 ώρες και 30 λεπτά) χωρισμένες σε δύο εβδομάδες, με 3 διδακτικές ώρες ανά εβδομάδα.

Γνωστικά προαπαιτούμενα: Οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν βασικές έννοιες προγραμματισμού όπως: τη δομή επανάληψης, τη μεταβλητή (ορισμό, αρχικοποίηση και μεταβολή τιμής) και προγραμματισμό με πλακίδια.

Βαθμός εξοικείωσης με τα εκπαιδευτικά υπολογιστικά εργαλεία: Οι μαθητές είναι αρκετά εξοικειωμένοι με τον προγραμματισμό με πλακίδια και γνωρίζουν το περιβάλλον Scratch από το δημοτικό. Διαθέτουν προσωπικό υπολογιστή, έχουν πρόσβαση και είναι απόλυτα εξοικειωμένοι με την περιήγηση στο διαδίκτυο. Ωστόσο, ο σχεδιασμός κυκλωμάτων στο περιβάλλον Tinkercad circuits, ίσως είναι κάτι που για πρώτη φορά έρχονται σε επαφή και ενδεχομένως να τους προβληματίσει ή και να τους κεντρίσει το ενδιαφέρον.

Περιγραφή

Το παρόν εκπαιδευτικό σενάριο αφορά στην ασύγχρονη διδασκαλία του Physical Computing μέσω της πλατφόρμας εξ αποστάσεως εκπαίδευσης Moodle σε μια τάξη 20 μαθητών της Α' Γυμνασίου. Οι μαθητές καλούνται να συμμετέχουν στη δημιουργία ενός σπονδυλωτού project χρησιμοποιώντας το περιβάλλον Tinkercad για τη δημιουργία ενός ψηφιακού κυκλώματος και τον προγραμματισμό του. Το project αφορά στην κατασκευή ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου σιδηροδρομικής διάβασης με κινητά φράγματα, το οποίο οι μαθητές θα προσεγγίσουν:

α. γνωρίζοντας και αναλύοντας τις ανάγκες ενός τέτοιου συστήματος

β. κατασκευάζοντας το κύκλωμα ελέγχου του και

γ. προγραμματίζοντας το κύκλωμα ελέγχου ώστε αυτό να λειτουργεί με προκαθορισμένο τρόπο.

Το διδακτικό σενάριο έχει στόχο οι μαθητές:

α.       να αναπτύξουν ομαδο-συνεργατικές δεξιότητες αλλά και δεξιότητες ανάθεσης ρόλων
β.       δεξιότητες ανάλυσης, αποδόμησης και ανασύνθεσης λύσεων για επίλυση προβλημάτων
γ.       να εξοικειωθούν με τη χρήση μιας πλατφόρμας ασύγχρονης εκπαίδευσης
δ.       να έρθουν σε επαφή με μια πλατφόρμα εικονικής σχεδίασης
ε.       να πειραματιστούν με την κατασκευή ψηφιακών κυκλωμάτων σε εικονικό περιβάλλον
στ.    να καταλάβουν τη σχέση μεταξύ του υλικού και του λογισμικού σε ένα ενσωματωμένο σύστημα
ζ.       να ενημερωθούν για τη ρομποτική τεχνολογία και την έννοια του Internet Of Things

Κατά τη διάρκεια του μαθήματος, οι μαθητές έχουν πρόσβαση σε υλικό όπως σύνδεσμοι URL, σελίδες, βιβλία, video, και παρουσιάσεις, όπως επίσης και στην πρόοδο του project μέσα από την πλατφόρμα Moodle στην οποία μπορούν να έχουν απομακρυσμένη πρόσβαση κάθε στιγμή.

Στο τέλος του μαθήματος, οι μαθητές παρουσιάζουν το Project που κατασκεύασαν.

Στόχοι του εκπαιδευτικού σεναρίου

Οι μαθητές μετά το πέρας του μαθήματος θα είναι σε θέση:

·         Επίπεδο ΑΝΑΛΥΣΗ κατά Bloom: Να ξεχωρίζουν τα μέρη τα οποία συνθέτουν μια λύση σε ένα υπαρκτό πρόβλημα στον πραγματικό κόσμο
·         Επίπεδο ΣΥΝΘΕΣΗ κατά Bloom: Να κατασκευάζουν εικονικά κυκλώματα με τη χρήση μικροεπεξεργαστή Arduino μέσω του περιβάλλοντος σχεδιασμού Tinkercad
·         Επίπεδο ΣΥΝΘΕΣΗ κατά Bloom: Να συνθέτουν τμήματα λύσεων σε ένα γενικό σύνολο που αποτελεί μια ολική λύση σε ένα πρόβλημα.

Σχέδιο μαθήματος

Link σχεδίου μαθήματος: https://v.gd/edXHsd

Δομή του μαθήματος στο Moodle

Για το σχεδιασμό του μαθήματος στο Moodle χρησιμοποιήθηκε ο εβδομαδιαίος μορφότυπος μαθήματος, δημιουργώντας έτσι δύο βασικές ενότητες. Ωστόσο, κάθε μία από αυτές έχει διαφορετική δομή. Στην αρχή της σελίδας και πριν από τις δύο βασικές ενότητες, υπάρχει χώρος με υλικό που αφορά γενικά στο μάθημα (Forum, Wiki, Γλωσσάρι). Σε κάθε πόρο ή δραστηριότητα αναγράφεται όπου έχει σημασία, ο χρόνος που απαιτείται για την ολοκλήρωσή του (ανάγνωση, παρακολούθηση video κλπ.). Σε κάθε ενότητα αναγράφεται η διάρκειά της σε διδακτικές ώρες. Έγινε προσπάθεια προσέγγισης της διεπαφής χρήστη και του υλικού προς μελέτη, με παιγνιώδη χαρακτήρα έτσι ώστε, αφενός να κεντρίσει το ενδιαφέρον των μαθητών και αφετέρου, να τους ωθεί να συνεχίσουν. Το μάθημα εισάγει ο Robo-Teacher, μια φιγούρα-ρομπότ που τους καλωσορίζει και στη συνέχεια τους ενθαρρύνει να συνεχίσουν το μάθημα με έξυπνα και αστεία μηνύματα.

Η πρώτη εβδομάδα χωρίζεται σε τρεις υπο-ενότητες, κάθε μία διάρκειας μιας διδακτικής ώρας και περιλαμβάνει την προετοιμασία για την εισαγωγή των μαθητών στις έννοιες του project και των εργαλείων που θα χρησιμοποιηθούν. Κάθε υπο-ενότητα περιλαμβάνει τρείς διακριτούς άξονες: Πηγές, Δραστηριότητες και Εργασίες.

Η δεύτερη εβδομάδα έχει άκρως ομαδο-συνεργατική προσέγγιση, καθώς αφορά στο στάδιο της υλοποίησης του project από τους μαθητές. Δίνεται περισσότερη βαρύτητα στη διάκριση όχι τόσο των ενοτήτων διδασκαλίας, όσο των ομάδων έργου. Οι μαθητές χωρίζονται από τον καθηγητή σε τρείς ομάδες (Α, Β και Γ) βάσει του γνωστικού τους επιπέδου, και ανατίθεται σε κάθε μία η υλοποίηση ενός έργου που χωρίζεται σε υπο-έργα. Με την έναρξη της εβδομάδας εισάγεται η πρώτη ομαδική εργασία όπου, οι μαθητές καλούνται να αποφασίσουν ελεύθερα για τρείς διακριτούς ρόλους σε κάθε ομάδα. Κάθε έργο έχει δύο περιόδους εκτέλεσης, διάρκειας μιας διδακτικής ώρας. Οι δυο πρώτες ομάδες παραδίδουν το έργο κατά την πρώτη και δεύτερη διδακτική ώρα, ενώ η τρίτη ομάδα παραλαμβάνει το έργο των δύο πρώτων ομάδων τη δεύτερη και παραδίδει την τρίτη διδακτική ώρα. Η μία «κενή» ώρα που προκύπτει από αυτή τη μεθόδευση, καλύπτεται από δραστηριότητες που οδηγούν σε ατομική εργασία και έχουν ενημερωτικό χαρακτήρα (δεν αποτελούν τμήμα υλοποίησης του παραδοτέου έργου). Κάθε τμήμα της δεύτερης εβδομάδας υποστηρίζεται από στοχευμένους στα έργα πόρους, ομαδικές δραστηριότητες (συνομιλία ομάδας), δύο ομαδικές και μία ατομική εργασία, άρα και σε αυτή την ενότητα έχουμε μια εργασία ανά διδακτική ώρα. Ακολουθούν στιγμιότυπα οθόνης από το σχεδιασμό του μαθήματος στο Moodle.

Ερωτηματολόγια αξιολόγησης Κουίζ

1^η Εβδομάδα/1^η Ενότητα

Κουίζ: Τι γνωρίζουμε για τις ισόπεδες διαβάσεις (Συνολικός χρόνος 15'). Με το κουίζ που ακολουθεί θα εξετάσουμε τις γνώσεις μας στη χρησιμότητα, το περιεχόμενο και τον τρόπο λειτουργίας ενός συστήματος ελέγχου ισόπεδης διάβασης.

Το αρχικό κουίζ εξετάζει ελλείψεις και παρανοήσεις των μαθητών σχετικά με τα είδη διαβάσεων, τη χρησιμότητά τους και τον εξοπλισμό που περιλαμβάνουν.

1^η Εβδομάδα/2^η Ενότητα

Κουίζ: Απαιτήσεις για το σχεδιασμό ενός συστήματος ελέγχου διάβασης στο Tinkercad (Συνολικός χρόνος 15'). Με το κουίζ που ακολουθεί θα εξετάσουμε τις γνώσεις μας σχετικά με τις απαιτήσεις σε υλικό και λογισμικό για το σχεδιασμό του project μας στο Tinkercad Circuits.

Το δεύτερο κουίζ εξετάζει ελλείψεις και παρανοήσεις των μαθητών σχετικά με το σχεδιασμό του συστήματος από άποψη υλικού και λογισμικού στο Tinkercad.

Δραστηριότητες που σχεδιάστηκαν

Συνολικά, το μάθημα στο Moodle περιλαμβάνει τα εξής στοιχεία:

ΠΟΡΟΙ

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

· Πόρος βιβλίο: 2

· Πόρος σελίδα: 1

· Πόρος αρχείο: 6

· Πόρος διεύθυνση URL: 8

· Πόρος Wiki: 1

· Πόρος Γλωσσάριο: 1

· Δραστηριότητα Κουίζ: 2

· Δραστηριότητα Ανάθεση εργασίας: 7

· Δραστηριότητα Forum: 3

· Δραστηριότητα συζήτηση: 3

· Δραστηριότητα Saba Meeting: 1

Δημιουργία Project στο Tinkercad

Link του project: https://www.tinkercad.com/things/bFK4UDhApaX

Το έργο που δημιουργήθηκε στο Tinkercad είναι στην ουσία το project πάνω στο οποίο βασίστηκε όλο το μάθημα στο Moodle και αποτελεί την ενδεδειγμένη λύση της ομαδικής εργασίας της Ομάδας Γ. Αφορά επίσης, ένα πραγματικό πρόβλημα: την ασφάλεια της ζωής, σε ένα πραγματικό περιβάλλον: μια σιδηροδρομική ισόπεδη διάβαση, το οποίο επιλύεται με το Physical Computing. Το project έχει τον τίτλο: «Σύστημα ελέγχου ισόπεδης διάβασης με κινητά φράγματα».

Πιο συγκεκριμένα, το έργο χωρίζεται δύο διακριτά μέρη:

α. τα συστήματα ειδοποίησης και φραγμάτων και
β. τα συστήματα ελέγχου κίνησης

Τα συστήματα ειδοποίησης και φραγμάτων υλοποιούνται με τη χρήση λαμπτήρων LED, ηχείου piezo Buzzer και σερβοκινητήρα. Τα συστήματα ελέγχου κίνησης υλοποιούνται με τη χρήση αισθητήρα κίνησης και διακόπτη ελέγχου αλλαγής κατάστασης (Pushbutton). Το σύστημα ενεργοποιείται όταν ενεργοποιηθεί οποιοδήποτε από τα δύο συστήματα ελέγχου κίνησης, το οποίο με τη σειρά του, ενεργοποιεί τα συστήματα ειδοποίησης και φραγμάτων. Το σύστημα επανέρχεται στην αρχική κατάσταση όταν τα συστήματα ελέγχου κίνησης αλλάξουν κατάσταση σε LOW.

Το έργο πιστεύω ότι ακολουθεί πιστά το μοντέλο ταξινομίας με τις πρακτικές της Υπολογιστικής Σκέψης που εισήγαγαν οι Weintrop κ.ά. (2016) αφού περιλαμβάνει:

α. πρακτικές για τη συλλογή δεδομένων, με την λεπτομερή παρουσίαση, παρατήρηση και συλλογή δεδομένων σχετικών με τις υπάρχουσες δομές ισόπεδων διαβάσεων

β. πρακτικές μοντελοποίησης και προσομοίωσης με τη χρήση του Tinkercad circuits

γ. πρακτικές υπολογιστικής επίλυσης προβλήματος με τον προγραμματισμό με code blocks

δ. πρακτικές διερεύνησης λειτουργίας των συστημάτων με την αρχική τμηματοποίησή τους και τελική τους σύνθεση σε ένα «όλο» σύστημα

Ακολουθούν στιγμιότυπα οθόνης από το project στο Tinkercad.